Схемы самодельных зарядных для аккумуляторов 18650. Как сконструкировать зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов в домашних условиях. Как заряжать литиевые батарейки

Подробное описание литий-ионных батарей 18650, изготовление аппарата для зарядки своими руками, нюансы применения.

ТЕСТ:

1. В чем заключался главный недостаток первых моделей батарей 18650?

а) Они взрывались из-за металлического лития внутри – при частых зарядках на элементе появлялись накопления, приводящие к взрыву.

б) Батарея была слишком громоздкая и неудобная.

1. От какой проблемы пока не избавились производители современных моделей 18650?

а) Батарея часто перегревается.
б) Аккумулятор быстро теряет заряд при попадании в отрицательные температуры.

1. В каком температурном диапазоне желательно хранить батарею?

а) + 10 — + 25 – идеальные показатели. Аккумулятор не переносит слишком холодных или жарких помещений.

б) Храните аккумулятор при низких температурах, когда он не используется.

в) При температуре +30-45 градусов.

1. Почему нельзя приобретать зарядное устройство, изготовленное в Китае?

а) Корпус слишком ненадежный.
б) Детали низкого качества, верная технология сборки не всегда соблюдена.

1. При каком уровне заряда желательно хранить батарею?

а) Хранение 18650 следует осуществлять на уровне заряда, не падающего ниже 50%. Полную разрядку производить нельзя.

б) Не ниже 10%.

Ответы:

1. а) Главный недостаток первых моделей – взрывоопасность. Металлический литий обрастал наростами при частых зарядках и происходило замыкание, приводящее к взрыву батареи.
2. б) Современные батареи плохо переносят низкие температуры – заряд падает очень быстро.
3. а) + 10 — + 25 – идеальные показатели. Нельзя помещать батарею в иные условия.
4. б) Китайские производители часто использует некачественные детали при сборке аппаратов, поэтому они выходят из строя. Еще не всегда соблюдается правильная технология сборки.
5. а) Если батарею планируете долго держать без работы, то проследите, чтобы заряд на ней не падал ниже 50%, иначе аккумулятор испортится.

Владельцы литий-ионных аккумуляторов 18650 сталкиваются с вопросом о том, каким током его заряжать. Также возникают трудности правильностью эксплуатации, люди точно не знают, чего боятся подобные батареи, как увеличить продолжительность их работы.

Чтобы самостоятельно собрать электронную сигарету или фонарик, то обязательно нужно изучить все аспекты работы с литий-ионным источником питания.

Определение : Литий-ионный аккумулятор — это батарея электрического тока, получившее большое распространение среди бытовой электронной техники с 1991 года. Именно в этом году корпорация Sony презентовала продукт на широком рынке.

Ответы на 5 часто задаваемых вопросов

1. Для чего используются литий-ионные батареи?

— В качестве источника питания. Подобные батареи часто применяют для различных мобильных телефонов, видеокамер, ноутбуков, для подзарядки электромобилей или современных электронных сигарет.

1. У моделей есть недостатки?

— Основной недостаток модели заключался в том, что первые разработки буквально взрывались. Это объясняется тем, что производители поместили внутрь анод, состоящий из металлического лития. Когда происходит большое количество зарядов и разрядов, то на аноде появляются образования, приводящие к замыканию электродов. В результате происходит возгорание, а после и взрыв. На данный момент эта проблема решена.

1. Как решилась проблема со взрывами?

— Чтобы обезопасить конструкцию, ученые заменили сердцевину на графит, и от проблемы со взрывами избавились. Но остались трудности с катодом, вызванные из-за конструкции из оксида кобальта. Если нарушались эксплуатационные характеристики, то взрывы повторялись. Именно поэтому нужно было следить, чтобы устройство не подвергалось перезарядке. Пользователям было крайне неудобно постоянно следить за уровнем зарядки и разработчикам пришлось вновь модифицировать устройство. Современные модели безопасны. Когда разработчики начали использовать литий-ферро-фосфатные батареи, то и от этой проблемы удалось избавиться. Современное устройство выпускают таким образом, чтобы перезаряд и перегрев был невозможен.

1. Современные модели имеют недостатки?

— Заряд теряется, если батарея попадает под воздействия низких температур.

1. Если долго не использовать батарею, то она испортится?

– Если не опускать уровень разреженности ниже 50%, то не испортится.

3 преимущества батареи

Литий-ионные аккумуляторы имеют ряд положительных моментов из-за чего и приобрели популярность:

1. Очень большая емкость аккумулятора.
2. Маленький саморазряд.
3. Нет необходимости в специальном обслуживании.

Зарядка – 5 нюансов

Посмотрите на картинке оригинальное зарядное устройство. Зарядное устройство, предназначающееся для литий-ионных аккумуляторов, очень похоже на свинцово-кислотный тип батареи. Разница заключается в том, что у литий-ионного аккумулятора имеется высокие напряжения на каждой банке и серьезные требования допусков по напряжению.

Это интересно! Аккумулятор называют «банкой» из-за схожести с алюминиевыми банками, в которых выпускают прохладительные напитки.

Самые популярные элементы питания с этой формой — 18650. Это название аккумулятор получил из-за размеров: диаметр — 18 мм, высота — 65 мм. Когда идёт зарядка свинцово-кислотных аккумуляторов, допускаются небольшие неточности в указаниях напряжений. Но с литий-ионными устройствами всё намного конкретнее. Когда происходит зарядка, и напряжение увеличивается до 4,2 Вольт, напряжение на элемент нужно сразу же прекратить. Погрешность составляет всего 0,5 Вольт.

На рынке встречается большое количество китайских зарядок, рассчитанных на элементы питания разных материалов. Без ущерба работоспособности ионные батареи заряжают током в 0,8 А. Но напряжение в банке придется предельно четко контролировать. Когда величина составит 4,2 Вольт, сразу же прекращаем зарядку. Но в том случае, если в банку встраивается контроллер, тогда не стоит беспокоиться об этом, поскольку аппарат всё сделает самостоятельно.

Зарядки 4,2 Вольт

В качестве зарядника для литий-ионной батареи используют стабилизатор напряжения, ограниченный ток в самом начале зарядки. Использовать необходимо исключительно стабильное напряжение, и ограничение тока в самом начале процесса зарядки. Зарядку следует заканчивать в тот момент, когда стабильное напряжение равняется 4,2 Вольт, отсутствует ток, или его величина очень маленькая — в районе 5-7 мА.

Когда в аккумулятор помещают стержень из графита, то напряжение не должно превышать 4,1 В на один элемент. При пренебрежением этим правилом, энергетическая плотность сильно возрастет, начнутся процессы окисления устройства. В итоге аккумулятор выйдет из строя. Чтобы избежать окисления, современные модели оснащаются добавками — графита в чистом виде внутри нет. Но подобные модели все еще можно найти случайно.

Как правильно заряжать Li-ion аккумуляторы. Параллельное соединение аккумуляторов.

Самодельное зарядное устройство в домашних условиях (своими руками) – 1 схема

Для зарядки 18650 приобретают универсальную зарядку, и используют постоянно мультиметр, чтобы выяснять нужные параметры. Но такое приспособление стоит довольно дорого. Минимальная цена – 2700 рублей.

Вместо этого можно потратить всего несколько часов и собрать зарядное устройство самостоятельно. Плюсами такой сборки является дешевизна, надежность, автоматическое отключение аккумулятора. Все детали, используемые для сборки, найдутся в гараже у любого радиолюбителя. Если чего-то не хватает, это можно купить в ближайшем радиомагазине. Потратить на компоненты придётся максимум 300 рублей.

Если схему правильно собрать, то нет никакой необходимости дополнительной настройки — она сразу будет готова к эксплуатации.

Использовать нужно следующую электрическую схему:

Схема

Положительным моментом является то, что если установить стабилизатор на нужный радиатор, тогда аккумулятор заряжают, не опасаясь, что зарядка загорится. А это точно нельзя сказать о китайских зарядках, которые грешат этим неприятным последствием.

Принцип работы – 4 нюанса

• для начала аккумулятор необходимо зарядить при помощи постоянного тока, который определяется сопротивлением резистора R4;
• после того, как аккумулятор получит напряжение в 4,2 Вольт, аппарат переходит на зарядку постоянного тока;
• когда ток понизится до минимальных значений, светодиод перестанет гореть;
• ток, подзаряжающий литий-ионный аккумулятор, не должен превышать 10% емкости всего аккумулятора. Таким образом, увеличивается срок эксплуатации элементов питания. Если резистор R4 имеет номинал в 11 Ом, то ток цепи должен равняться 100 мА. Если сопротивление равно 5 Ом, тогда ток зарядки должен составлять 230 мА.

Еще важно знать 3 нюанса о «продлении жизни» 18650

1. Если аккумулятор нужно будет оставить на какое-то время без работы, то элементы питания желательно хранить в отдельности от устройства, которое они будут питать. Если элемент полностью заряжен, то со временем он утратит какую-то часть своего заряда. В том случае, когда элемент заряжается очень мало, или полностью разряжен, то работоспособность может совсем исчезнуть. Особенно это заметно в период длительной спячки.
2. Хранение 18650 следует осуществлять на уровне заряда, не падающего ниже 50%. Полной зарядки и перезарядки элемента ни в коем случае нельзя допускать. Эффект памяти у этого оборудования отсутствует. Зарядку нужно производить до того момента, как заряд полностью иссякнет. Таким образом, работоспособность аккумулятора продлится.
3. Аккумулятор запрещено оставлять в слишком холодных или жарких помещениях. Подходящей температурой для хранения является + 10 — + 25 градусов по Цельсию. Если поместить элемент питания на холод, то не только уменьшится время работы, но и испортится химическая система. Все наверняка замечали, что при эксплуатации мобильного телефона зимой заряд батареи резко падает.

Как избежать 4 ошибок при использовании и зарядке литий-ионного АКБ

1. В том случае, если вы решили подзаряжать литий-ионный аккумулятор при помощи магазинной зарядки, придется проследить, чтобы она не была произведена в Китае. Обычно подобные устройства собираются из самых дешевых материалов, и нужная технология в них соблюдена не всегда. В результате это может привести к очень печальным последствиям: возгорание и взрыв.
2. Если есть желание самостоятельно собрать устройство, то использовать для зарядки аккумулятора нужно ток, который составляет 10% от емкости аккумулятора. Процент может быть и выше, но не превышать 20%.
3. Используя ионные элементы питания, не нарушайте правила хранения и эксплуатации, в противном случае возможен перегрев, возгорание и взрыв.
4. Если соблюдать все правила эксплуатации, а также верные условия хранения, то срок службы батареи получится продлить.

Топ 3 лучших зарядных устройств для аккумулятора 18650

Для качественной зарядки батареи следует приобретать хорошие устройства, что уже полюбились многим пользователям.

1. Nitecore Digicharger D4 – подходит для зарядки сразу нескольких батарей. Максимально проста в использовании.
2. Nitecore i2 – один из лучших вариантов современных устройств. Понятное и простое в применении.
3. Basen B21 – универсальное устройство для разных видов батарей.

У многих, наверное, возникает проблема с зарядкой Li-Ion аккумулятора без контроллера, у меня возникла такая ситуация. Достался убитый ноутбук, в аккумуляторе 4 банки SANYO UR18650A оказались живые.
Решил заменить в светодиодном фонарике, вместо трех батареек ААА. Встал вопрос об их зарядке.
Покопавшись в инете нашел кучу схемок, но с деталями у нас в городе туговато.
Пробовал заряжать от зарядки сотового, проблема в контроле заряда, нужно постоянно следить за нагревом, чуть начинает нагреваться нужно отключать от зарядки иначе аккумулятору каюк в лучшем случае, а то и можно устроить пожар.
Решил сделать самостоятельно. Купил в магазине постельку под аккумулятор. На барахолке купил зарядку. Для удобства отслеживания окончания заряда желательно найти с двухцветным светодиодом который сигнализирует о конце заряда. Он переключается с красного на зеленый при окончании зарядки.
Но можно и обычную. Зарядку можно заменить на шнур USB, и заряжать от компьютера или зарядки с USB выходом.
Моя зарядка только для аккумуляторов без контроллера. Контроллер я взял от старого аккумулятора сотового телефона. Она следит за тем, чтобы аккумулятор не был перезаряжен выше напряжения 4.2 В, либо разряжен меньше 2…3 В. Также схема защиты спасает от коротких замыканий, отключая саму банку от потребителя в момент короткого замыкания.
На нем стоят микросхема DW01 и сборка двух MOSFET-транзисторов (M1,M2) SM8502A. Есть и с другими маркировками, но схемы подобны этой, и работает аналогично.

Контроллер заряда от аккумулятора сотового телефона.

Современные Li-ion аккумуляторы имеют высокие массогабаритные показатели и обладают хорошей энергоёмкостью. На данный момент это наиболее эффективные портативные источники тока, способные питать устройства высокой мощности. Данные аккумуляторы появились у меня после поломки ноутбука, а именно я их снял с аккумуляторной батареи, и появился вопрос, как же зарядить эти аккумуляторы? Покупать специализированное зарядное устройство мне как всегда не хотелось, и, решил начать сборку ЗУ для Li-ion аккумуляторов. На рисунке ниже представлена принципиальная схема зарядного устройства, данная схема отличается высокой повторяемостью и надежностью, детали легкодоступные, а главное недорогие.

Для того, чтобы Li-ion аккумуляторы долго служили, необходимо их правильно заряжать. К концу завершения зарядки, напряжение должно уменьшаться, а когда аккумулятор зарядился, т.е. ток заряда станет почти нулевой, зарядка должна остановиться. Данная схема полностью удовлетворяет этим требованиям. Подключенное к нему разряженное АКБ заряжается током ~300мА, к концу заряда ток уменьшается до 30мА и дальше загорается светодиод VD2, который сигнализирует о завершении зарядки.
Светодиод VD1 сигнализирует о работе устройства, VD3 загорается при подключении АКБ.

В схеме используется операционный усилитель LM358N, его аналогом является КР1040УД1. Но если под рукой не окажется ни того ни другого, можно заменить на КР574УД2, только расположение выводов у него отличается. Транзистор VT1 S8550 или любой другой подходящий по параметрам. Светодиоды на напряжение 1.5 вольт, красного, зеленого и желтого цветов. Схема после сборки наладки не требует и начинает работать сразу. Среднее время зарядки аккумулятора 18650 емкостью 2200мА*час - 2 часа.

Список радиоэлементов

Самодельное зарядное устройство для аккумуляторов 18650.

Один раз понадобилось мне в гараже зарядить аккумулятор 18650 для фонарика, а под рукой зарядки не было. Таскать с собой iMax B6 нет никакого желания, поэтому решил сделать зарядку сам с минимальными затратами.

Чтобы сделать зарядку, необходим держатель аккумуляторов 18650. Так как помимо зарядки держатель собирался использовать и в других местах, я решил купить лот из нескольких держателей. Так выходит дешевле, чем покупать по одному.
На бике заказал пластиковый держатель для аккумуляторов. Лот из 4 шт. стоил 1,91$ (с купоном)
Пришла посылка в обычном биковском сером пакете. Внутри - километры пупырки и, собственно, товар.








Пластик нормальный, провода запрессованы. Аккумулятор 18650 стандартного размера (65 мм) помещается без проблем. Аккумуляторы с защитой (69 мм) тоже помещаются.


На фотографии в держатель вставлен аккумулятор стандартного размера. При извлечении аккумулятора возник первый вопрос: по бокам пластик заходит на аккумулятор, чтоб исключить самопроизвольное его выпадение, но извлекать аккумулятор становится проблематично. Можно, конечно, поддеть отверткой 18650, но шанс покарябать аккумулятор очень велик. Было решено модернизировать держатель, приклеив полоску ткани (лента) посередине.




После такой модернизации аккумулятор извлекается очень легко.

Для зарядного устройства необходим контроллер заряда. На eBay я сразу полез к знакомому продавцу, у которого покупаю электронику. После недолгого поиска я нашёл для литиевых аккумуляторов. Я покупал контроллер за 1,11$ с входом для датчика температуры, хотя у него же можно найти контроллер попроще по цене меньше доллара ().

Контроллер выглядит так:

У платки есть стандартный вход MicroUSB, что позволяет заряжать аккумуляторы от компьютерного порта USB или от сетевой зарядки, у которой есть выход USB (для примера вот )
На плате припаян чип ТР4056 (кому интересно, есть )

С сайта продавца характеристика платы:

input voltage: 4V-8V maximum output charging current: 1000mA
the charging D1 indicator lights, charging is completed D2 indicator
PCB board size: 37.3 (mm) x15 (mm)

Если подать напряжение на USB порт, то загорается индикатор D2 зелёным цветом, а индикатор D1 начинает мигать красным цветом (аккумулятор не вставлен в держатель).

Когда вставлен аккумулятор и подключено внешнее питание, то загорается индикатор D1

На неполностью заряженном аккумуляторе показания, которые берутся с USB порта:
U=5,02В I=0,49А. Напряжение на аккумуляторе 4,21 В

замеры в начале заряда

После окончания заряда загорается индикатор D2 зелёным цветом

На полностью заряженном аккумуляторе показания, которые берутся с USB порта:
I=0,00А. Напряжение на аккумуляторе 4,21 В

замеры в конце заряда

Дальше я решил проверить, до конца ли я зарядил самодельной зарядкой аккумулятор. Для этого я подождал пару часов и попробовал зарядить аккумулятор iMax B6 током 0,5 А.

Как видно на индикаторе, аккумулятор заряжался почти 10 минут и взял всего 14 мАч. Причем ток практически сразу сбросился до 0,1А и держался так все 10 минут.

Кстати, на последней фотографии видно ещё одно применение держателя для аккумуляторов 18650.
Вблизи держатель с клеммами для iMax B6 выглядит так:

Ленту я приклеил обычным суперклеем. Бока держателя (3 штуки) я срезал канцелярским ножом, оставил лишь один бок для подстраховки.

Далее я попробовал разрядить аккумулятор, чтобы понять, выдаст ли 18650 свою ёмкость, и заодно после разряда проверить, какой ток потребляется в начальный момент заряда от USB порта.


На фотографии видно, что 18650 отработал на все 100% (на самом аккумуляторе написана ёмкость)

Начальный момент заряда:


Данный аккумулятор ёмкостью 1365мАч заряжался с полностью разряженного состояния чуть более 3 часов.

Кратенько минусы и плюсы:
Минусы
Трудно достать аккумулятор из держателя. После небольшой доработки данный минус убирается.

Замечания (не минусы и не плюсы)
Заметил небольшой баг зарядного. Если подать питание на USB порт, а потом вставить аккумулятор, то зарядка не начнётся. То есть нужно сначала вставить аккумулятор, а потом на зарядное подать напряжение.

Плюсы
1) Цена. За 1,5$ полноценная зарядка аккумуляторов 18650.
2) Возможность регулировки зарядного тока путём замены резистора R4 (в datasheet есть таблица, которая показывает, какой резистор нужно поставить, чтобы выставить зарядный ток)
3) Компактное

Выводы
За 1,5$ и полчаса времени я получил компактное зарядное, которое меня полностью устраивает.